CN107105142A - 一种无人机投掷系统 - Google Patents

Abstract

一种无人机投掷系统，其包括：无人直升机，其配置有云台，云台设置在无人直升机的下部；监视跟踪装置，其安装在云台上，用于获取图像信息并根据获取到的图像信息进行对目标投掷点进行监视跟踪；物体投掷装置，其安装在云台上，用于将指定物体投掷到目标投掷点中。该无人机投掷系统利用无人直升机来搭载监视跟踪装置以及物体投掷装置，任务执行人员也就无需亲自到达任务现场，这样能够使得任务的执行过程摆脱地理因素的限制(例如高楼、山地、人流量较大的街道等)，有助于更加高效地完成任务。

Description

一种无人机投掷系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地说，涉及一种无人机投掷系统。

背景技术

无人机(UAV)是指无人在机上驾驶、可自主控制或遥控的飞机武器系统，它可执行对空、对地(海)作战任务，并具有可回收、可重复使用的特征。

无人机与常规飞机既有联系又有区别，相较于常规分析，无人机没有驾驶舱以及相关的环控救生设备。因此除了能够降低飞机的重量和成本外，无人机还大大放宽了飞机设计的一些限制，例如飞机发动机的位置可以更加合理、飞机的机动过载可以更高等。

基于无人机的诸多特点，无人机开始在越来越多的领域得到应用。目前，犯罪与打击犯罪的较量更加集中地体现在对现代技术手段和新技术装备的运用上。世界各国都十分注重无人机这种现代化手段在警务方面的运用，日常警务活动的多样性，对警用航空提出了多方位、多层次的需求，自然也要求在警用航空器以及空中警务设备的选用上呈现多元化。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种无人机投掷系统，所述系统包括：

无人直升机，其配置有云台，所述云台设置在所述无人直升机的下部；

监视跟踪装置，其安装在所述云台上，用于获取图像信息并根据获取到的图像信息进行对目标投掷点进行监视跟踪；

物体投掷装置，其安装在所述云台上，用于将指定物体投掷到所述目标投掷点中。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

地面控制装置，其与所述无人直升机通信连接，用于对所述无人直升机的飞行状态、监视跟踪装置的运行状态以及物体投掷装置的投掷状态进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述地面控制装置包括：

地面通信模块，其与所述无人直升机通信连接，用于实现无人直升机与地面控制装置之间的数据通信；

显示模块，其用于对所述监视跟踪设备所获取到的图像信息进行可视化显示；

地面控制模块，其与所述地面通信模块和显示模块连接，用于通过所述地面通信模块向所述无人直升机、监视跟踪装置和物体投掷装置发送相应的控制指令，以实现对所述无人直升机、监视跟踪装置和物体投掷装置的控制。

根据本发明的一个实施例，所述地面控制模块包括控制摇杆，所述控制摇杆根据用户的操作状态生成相应的控制指令。

根据本发明的一个实施例，所述地面控制模块还包括按键单元，所述按键单元用于在用户按下指定按键后从预设指令库中调取该按键所对应的控制指令，并将该控制指令传输至所述地面通信模块。

根据本发明的一个实施例，所述地面控制装置还包括：

数据存储模块，其与所述地面通信模块连接，用于对所述地面通信模块传输来的数据进行存储。

根据本发明的一个实施例，所述监视跟踪装置包括：

红外成像仪，其用于获取探测区域的红外图像，并将所述红外图像传输至所述无人直升机的数据通信电路；

CCD摄像机，其用于获取探测区域的图像，并将获取到的图像传输至所述无人直升机的数据通信电路。

根据本发明的一个实施例，所述地面控制装置通过向所述监视跟踪装置发送相应的图像切换指令，来选择利用红外成像仪或CCD摄像机来获取图像。

根据本发明的一个实施例，在执行物体投掷任务过程中，所述地面控制装置首先向所述监视跟踪装置发送第一图像切换指令，使得所述无人直升机的数据通信电路与所述红外成像仪之间的数据链路导通，所述地面控制装置根据所述红外成像仪所获取到的红外图像来实现对所述目标投掷点的搜索和确定；

当搜索到所述目标投掷点后，所述地面控制装置向所述监视跟踪装置发送第二图像切换指令，使得所述无人直升机的数据通信电路与所述CCD摄像机之间的数据链路导通，所述地面控制装置根据所述CCD摄像机所获取到的图像来实现对所述目标投掷点的监视和跟踪。

根据本发明的一个实施例，所述监视跟踪装置还包括：

感光单元，其用于获取环境亮度信息；

红外灯；

红外灯控制电路，其与所述感光单元和红外灯连接，用于根据所述环境亮度信息开启或关闭所述红外灯。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的无人机投掷系统利用无人直升机来搭载监视跟踪装置以及物体投掷装置，其对于执行快速反应的空中侦查、图像传输以及现场适度干预(例如消防灭火、人群驱散)等活动具有得天独厚的优势。利用该系统，任务执行人员也就无需亲自到达任务现场，这样能够使得任务的执行过程摆脱地理因素的限制(例如高楼、山地、人流量较大的街道等)，有助于更加高效地完成任务。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的无人机投掷系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的地面控制装置的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的监视跟踪装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

本发明提供了一种无人机投掷系统，该系统利用无人直升机来将指定物体快速投掷到目标投掷点中，从而更加高效、快速地实现对物体的投送。

图1示出了本实施例所提供的无人机投掷系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的无人机投掷系统优选地包括：无人直升机101、监视跟踪装置102、物体投掷装置103以及地面控制装置104。其中，监视跟踪装置102以及物体投掷装置103均安装在无人直升机101上，监视跟踪装置102以及物体投掷装置103能够跟随无人直升机101到达目标投掷点106上方。无人直升机101、跟踪装置102以及物体投掷装置103构成了空中子系统，该空中子系统能够通过无人直升机101所配置的无人机通信电路来与地面控制装置104进行数据通信。

在执行物体投送任务过程中，无人直升机101会按照地面站控制装置104所发送的控制指令飞行至目标投掷点106上方，在利用监视跟踪装置102对目标投掷点106进行瞄准后，物体投掷装置103会将指定物体投掷到目标投掷点106中，这样也就实现了物体的空中投掷。

本实施例中，在进行物体精确投掷的过程中，由于空中子系统是在目标投掷点的上方进行物体投掷的，因此机载设备(例如监视跟踪装置102以及物体投掷装置103等)优选地安装在无人直升机101的下部(例如正下方)。同时，为了确保物体投掷的精确度，本实施例中，无人直升机101的最大飞行高度优选地配置为200米至800米。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，无人直升机101的最大飞行高度还可以配置为其他合理值，本发明不限于此。

为了确保无人直升机的续航里程以及续航时间，本实施例中，无人直升机101优选地采用化石燃料来提供动力。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，无人直升机101还可以采用诸如电动或混动的方式来提供动力，本发明不限于此。

本实施例所采用地无人直升机101的具体参数优选地为：a)最大巡航速度72km/h；b)作业巡航速度54km/h；c)最大爬升率2m/s；d)空机重量27kg；e)最大起飞重量45kg；f)最大作业载重15kg；g)飞行时间约45min(可加挂副油箱进行扩展)；h)工作高度0～1000m(相对高度)；i)起飞、着陆和悬停状态的最大正侧风5m/s；j)直升机尺寸长x宽x高：28000mmx78mmx950mm、主旋翼直径2350mm、发动机排量170cc、发动机马力17hp。

当然，在本发明的其他实施例中，无人直升机101的上述参数的具体取值还可以配置为其他合理值，本发明不限于此。

本实施例中，无人直升机101包含有操作执行模块和一体化计算机模块。其中，操作执行模块包括无人直升机的点火装置和舵机。点火装置用于无人直升机的点火，舵机用于按照地面控制装置传输来的控制信号操作无人机舵面，以控制无人机舵面按照要求快速、精确的偏转，实现舵机控制的各项指标，从而实现对无人直升机的稳定控制。

一体化计算机模块优选地采用机上电缆与操作执行模块连接，一体化计算机模块包括：计算机处理单元和传感器单元。其中，传感器单元会将自身采集到的数据传输至无人机通信电路，以由无人机通信电路传输至地面控制装置。

一体化计算机模块与无人机通信电路连接，其能够通过无人机通信电路接收地面控制装置发送来的控制指令。一体化计算机模块中的计算机处理单元会将接收到的控制指令转换为无人机的飞行参数，随后传输到操作执行模块中的舵机，从而控制无人直升机按照要求进行稳定飞行。

本实施例中，监视跟踪装置102优选地通过无人直升机101的云台(优选地为双轴陀螺稳定平台)固定挂载于无人直升机101和物体投掷装置103之间。其中，双轴陀螺稳定平台可以有效隔离运动载体的各种振动、起伏和颠簸，这样也就可以消除监视跟踪装置102获取到的图像的模糊和振动，有助于实现物体的精确投掷。

本实施例中，监视跟踪装置102优选地包括红外成像仪和CCD摄像机。其中，红外成像仪用于获取探测区域的红外图像，并将获取到的红外图像传输至无人直升机的数据通信电路。CCD摄像机优选地为成像清晰的低照度CCD摄像机，其用户获取探测区域的图像，并将获取到的图像传输至无人直升机的数据通信电路。

在进行无人直升机物体投掷的过程中，该系统可以通过控制红外成像仪和CCD摄像机的方位以及俯仰方向的运动，来分别实现对地面的搜索和监控、跟踪功能。

需要指出的是，本实施例中，红外成像仪与成像清晰的低照度CCD摄像机这两种功能设备在工作过程中只能使用其中一种，而具体使用哪种设备需要根据使用的场景或功能的不同来由地面控制装置104进行选择。具体地，本实施例中，地面控制装置104优选地通过向监视跟踪装置102发送相应的图像切换指令，来选择利用红外成像仪还是利用CCD摄像机来获取图像。

例如，在执行物体投掷任务时，地面控制装置104首先会向监视跟踪装置102发送第一图像切换指令，来使得无人直升机的数据通信电路与红外成像仪之间的数据链路导通。这样地面控制装置104也就可以根据红外成像仪所获取到的红外图像来实现对目标投掷点的搜索和确定。

在搜索到目标投掷点后，地面控制装置104会向监视跟踪装置102发送第二图像切换指令，来使得无人直升机的数据通信电路与CCD摄像机之间的数据链路导通。这样地面控制装置104也就可以根据CCD摄像机所获取到的清晰图像来实现对抵近目标(例如800米内)的目标投掷点的监控以及跟踪。

如图2所示，本实施例中，监视跟踪装置优选地还包括：感光单元201、红外灯控制电路202以及红外灯203。其中，感光单元201用于获取环境亮度信息，红外灯控制电路202与感光单元201和红外灯203连接，其能够根据感光单元201所传输来的环境亮度信息开启或关闭红外灯203，从而这样监视跟踪装置也就可以在低亮度的环境下对目标投掷点的监视与跟踪。

本实施例中，当环境亮度低于预设亮度时，红外灯控制电路202就会生成相应的控制指令来开启红外灯203来对目标投掷点进行自动补光，从而满足夜间执行任务的要求。需要指出的是，在本发明的不同实施例中，上述预设亮度可以根据实际需要配置为不同的合理值(例如10Lux)，本发明不限于此。

物体投掷装置103优选地采用弹射器(例如QLT89式50mm榴弹弹射器等)来实现。通过多次训练来将弹射器以合适的角度与无人直升机之间固接，这样在操纵弹射器进行物体投掷时，地面控制装置104可以通过相应的控制指令在操作无人直升机的同时同时操纵该弹射器也产生相对应的姿态变化。地面控制装置104操作监视跟踪装置同时工作，通过控制无人直升机的姿态和角度来进行投掷瞄准，从而实现物体精准投掷。

图3示出了本实施例所提供的地面控制装置的结构示意图。

如图3所示，本实施例中，地面控制装置104优选地包括：地面通信模块301、地面控制模块302以及显示模块303。其中，地面通信模块301与无人直升机101的数据通信电路通信连接。具体地，本实施例中，地面通信模块301优选地采用高数据率的5.8G数字微波来传输标准视频信号，其能够提供标注的通讯接口，从而方便无人直升机101与地面控制装置104之间的数据通信。地面通信模块301与无人直升机101的数据通信电路之间的数据链路采用抗干扰加密传输技术，这样能够有效保证无人机投掷系统工作过程的稳定性和安全性。本实施例中，地面通信模块301与无人直升机101之间的最大通信距离优选地为15公里以上。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，地面通信模块301与无人直升机101的最大通信距离还可以配置为其他合理值，本发明不限于此。

地面控制装置104利用地面通信模块301来将对无人直升机101、监视跟踪装置102以及物体投掷装置103的控制指令传输至无人直升机的数据通信电路，无人直升机101、监视跟踪装置102以及物体投掷装置103在控制命令的操纵下执行飞行、目标投掷点的搜索及监控任务，空中子系统还会基于高数据率的链路传输来将拍摄到的搜索以及监控视频实时传输至地面控制装置104。

显示模块303根据地面通信模块301所传输来的数据，可以实时清晰地显示目标投掷点的瞄准以及跟踪视频。同时，显示模块303的视景窗口设有瞄准十字星串口，十字星的瞄准可以通过足够多次的训练来确定透射角度与无人直升机的飞行姿态以及监视跟踪装置的俯仰和方位角的关系后由计算机确定出。

此外，根据实际需要，地面控制装置104还可以包括有数据存储模块。本实施例中，数据存储模块优选地与地面通信模块连接，数据存储模块能够将地面通信模块301所传输来的数据进行适度压缩以满足实时性要求和链路传带宽要求后进行数据存储，以备进行投掷场景的复现以及关键数据的记录分析。具体地，数据存储模块优选地包括SD卡卡槽和大容量SD卡。当然，在本发明的其他实施例中，数据存储模块还可以采用其他合理形式的电路或器件来实现，本发明不限于此。

本实施例中，地面控制模块优选地包括控制摇杆，该控制摇杆用于进行精确瞄准和发射控制。控制摇杆能够根据用户的操作状态来生成相应的控制指令，并将该控制指令通过数据传输链路传输至空中子系统。

操作人员可以通过观察显示模块303上目标投掷点的位置以及瞄准十字星的位置来操作调整无人直升机的飞行姿态以及监视跟踪装置和物体投掷装置的俯仰角和方位角，以使得瞄准十字星与目标投掷点重合。这样操作人员只需要通过控制显示模块303中的瞄准十字星与目标投掷点重合即可实现目标的瞄准。

当操作人员根据瞄准十字星确定当前具备投掷条件，那么其可以通过控制摇杆上的相应按钮来发出投掷指令，从而控制物体投掷装置来将指定物体投掷到目标投掷点中。本实施例中，该无人机投掷系统采用计算机来精确地计算出投掷弹道，相较于传统瞄准方式，本发明所提供的无人机投掷系统能够有效提高物体投掷的精确度和准确度。

本实施例中，地面控制模块302还包括有按键单元。按键单元能够在用户按下指定按键后从预设指令库中调取该按键所对应的控制指令，并将该控制指令传输至地面通信模块，从而实现诸如一键起飞、一键回收以及定点悬停等功能。

需要指出的是，本实施例中，根据实际需要，无人机投掷系统还可以不配置地面控制装置，无人直升机可以根据无人直升机内部相应数据存储电路所存储的数据来控制自身的飞行轨迹，而监视跟踪装置和物体投掷装置也可以根据上述数据存储电路中所存储的数据来调节自身的运行状态，从而实现自动巡航以及自动投掷功能。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种无人机投掷系统，其特征在于，所述系统包括：

无人直升机，其配置有云台，所述云台设置在所述无人直升机的下部；

监视跟踪装置，其安装在所述云台上，用于获取图像信息并根据获取到的图像信息进行对目标投掷点进行监视跟踪；

物体投掷装置，其安装在所述云台上，用于将指定物体投掷到所述目标投掷点中。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

地面控制装置，其与所述无人直升机通信连接，用于对所述无人直升机的飞行状态、监视跟踪装置的运行状态以及物体投掷装置的投掷状态进行控制。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地面控制装置包括：

地面通信模块，其与所述无人直升机通信连接，用于实现无人直升机与地面控制装置之间的数据通信；

显示模块，其用于对所述监视跟踪设备所获取到的图像信息进行可视化显示；

地面控制模块，其与所述地面通信模块和显示模块连接，用于通过所述地面通信模块向所述无人直升机、监视跟踪装置和物体投掷装置发送相应的控制指令，以实现对所述无人直升机、监视跟踪装置和物体投掷装置的控制。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述地面控制模块包括控制摇杆，所述控制摇杆根据用户的操作状态生成相应的控制指令。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述地面控制模块还包括按键单元，所述按键单元用于在用户按下指定按键后从预设指令库中调取该按键所对应的控制指令，并将该控制指令传输至所述地面通信模块。

6.如权利要求3～5中任一项所述的系统，其特征在于，所述地面控制装置还包括：

数据存储模块，其与所述地面通信模块连接，用于对所述地面通信模块传输来的数据进行存储。

7.如权利要求1～6中任一项所述的系统，其特征在于，所述监视跟踪装置包括：

红外成像仪，其用于获取探测区域的红外图像，并将所述红外图像传输至所述无人直升机的数据通信电路；

CCD摄像机，其用于获取探测区域的图像，并将获取到的图像传输至所述无人直升机的数据通信电路。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述地面控制装置通过向所述监视跟踪装置发送相应的图像切换指令，来选择利用红外成像仪或CCD摄像机来获取图像。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在执行物体投掷任务过程中，所述地面控制装置首先向所述监视跟踪装置发送第一图像切换指令，使得所述无人直升机的数据通信电路与所述红外成像仪之间的数据链路导通，所述地面控制装置根据所述红外成像仪所获取到的红外图像来实现对所述目标投掷点的搜索和确定；

当搜索到所述目标投掷点后，所述地面控制装置向所述监视跟踪装置发送第二图像切换指令，使得所述无人直升机的数据通信电路与所述CCD摄像机之间的数据链路导通，所述地面控制装置根据所述CCD摄像机所获取到的图像来实现对所述目标投掷点的监视和跟踪。

10.如权利要求7～9中任一项所述的系统，其特征在于，所述监视跟踪装置还包括：

感光单元，其用于获取环境亮度信息；

红外灯；

红外灯控制电路，其与所述感光单元和红外灯连接，用于根据所述环境亮度信息开启或关闭所述红外灯。